JP2013254851A - アンテナ - Google Patents
アンテナ Download PDFInfo
- Publication number
- JP2013254851A JP2013254851A JP2012129693A JP2012129693A JP2013254851A JP 2013254851 A JP2013254851 A JP 2013254851A JP 2012129693 A JP2012129693 A JP 2012129693A JP 2012129693 A JP2012129693 A JP 2012129693A JP 2013254851 A JP2013254851 A JP 2013254851A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- antenna
- coil
- sub
- main coil
- power transmission
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Landscapes
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
Abstract
【課題】車両底部を加熱させてしまうことがなく、伝送効率を向上させることが可能な電力伝送システム用のアンテナを提供する。
【解決手段】本発明のアンテナは、第1軸を中心として周回する導体よりなるメインコイルと、前記第1軸を法線とする平面内に含まれる複数の第2軸を中心として周回する導体よりなる複数のサブコイルと、を有するアンテナであって、前記メインコイルのインダクタンスLmと、前記複数のサブコイルの全てのインダクタンスLsとの間に、Ls≦Lm≦2.5Lsの関係を有することを特徴とする。
【選択図】 図7
【解決手段】本発明のアンテナは、第1軸を中心として周回する導体よりなるメインコイルと、前記第1軸を法線とする平面内に含まれる複数の第2軸を中心として周回する導体よりなる複数のサブコイルと、を有するアンテナであって、前記メインコイルのインダクタンスLmと、前記複数のサブコイルの全てのインダクタンスLsとの間に、Ls≦Lm≦2.5Lsの関係を有することを特徴とする。
【選択図】 図7
Description
本発明は、磁気共鳴方式のワイヤレス電力伝送システムに用いられ、電力の受電又は送電を行うアンテナに関する。
近年、電源コードなどを用いることなく、ワイヤレスで電力(電気エネルギー)を伝送する技術の開発が盛んとなっている。ワイヤレスで電力を伝送する方式の中でも、特に注目されている技術として、磁気共鳴方式と呼ばれるものがある。この磁気共鳴方式は2007年にマサチューセッツ工科大学の研究グループが提案したものであり、これに関連する技術は、例えば、特許文献1(特表2009−501510号公報)に開示されている。
磁気共鳴方式のワイヤレス電力伝送システムは、送電側アンテナの共振周波数と、受電側アンテナの共振周波数とを同一とし高いQ値(100以上)のアンテナを用いることで、送電側アンテナから受電側アンテナに対し、効率的にエネルギー伝達を行うものであり、電力伝送距離を数十cm〜数mとすることが可能であることが大きな特徴の一つである。
上記のような磁気共鳴方式のワイヤレス電力伝送システムに用いるアンテナの具体的な構成についてもこれまでいくつか提案がされてきた。例えば、特許文献2(特開2010−73976号公報)には、ワイヤレスで給電回路から受電回路へ電力を送信するワイヤレス電力伝送装置の、前記給電回路及び受電回路にそれぞれ設けられる通信コイルの構造において、比誘電率が1よりも大きい材質のプリント基板と、前記プリント基板の第1の層に設けられ、少なくとも1ループをなす導電パターンで形成された一次コイルと、前記プリント基板の第2の層に設けられ、渦巻き形状をなす導電パターンで形成された共鳴コイルと、を備えることを特徴とするワイヤレス電力伝送装置の通信コイル構造が開示されている。
特表2009−501510号公報
特開2010−73976号公報
上記のような磁気共鳴方式の電力伝送システムを電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)などの車両に対する電力供給に用いる場合においては、送電用のアンテナは地中部に埋設され、また、受電用のアンテナは車両の底面部にレイアウトされることが想定される。
しかしながら、特許文献1記載の構造のアンテナは、金属体からなる車両の底部に設置すると、電力伝送中にアンテナから漏洩した磁界が金属体に進入し、金属体内において当該磁界で誘導される電流によって、車両の底部を加熱させてしまう、という問題があった。
また、電力伝送中にアンテナから漏洩し金属体に進入する磁界によって、システムの電力伝送効率が抑制される、という問題もあった。
上記問題を解決するために、請求項1に係る発明は、第1軸を中心として周回する導体
よりなるメインコイルと、前記第1軸を法線とする平面内に含まれる複数の第2軸を中心として周回する導体よりなる複数のサブコイルと、を有するアンテナであって、前記メインコイルのインダクタンスLmと、前記複数のサブコイルの全てのインダクタンスLsとの間に、Ls≦Lm≦2.5Lsの関係を有することを特徴とする。
よりなるメインコイルと、前記第1軸を法線とする平面内に含まれる複数の第2軸を中心として周回する導体よりなる複数のサブコイルと、を有するアンテナであって、前記メインコイルのインダクタンスLmと、前記複数のサブコイルの全てのインダクタンスLsとの間に、Ls≦Lm≦2.5Lsの関係を有することを特徴とする。
また、請求項2に係る発明は、請求項1に記載のアンテナにおいて、前記関係が成立するように、前記メインコイルを構成する周回する導体の配置を調整することを特徴とする。
また、請求項3に係る発明は、請求項1又は請求項2に記載のアンテナにおいて、前記関係が成立するように、前記サブコイルを構成する周回する導体の配置を調整することを特徴とする。
また、請求項4に係る発明は、請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載のアンテナにおいて、前記関係が成立するように、前記メインコイルの周回数及び前記サブコイルの周回数を調整することを特徴とする。
また、請求項5に係る発明は、請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載のアンテナにおいて、前記関係が成立するように、前記メインコイル又は前記サブコイルのいずれかの周回数を調整することを特徴とする。
また、請求項6に係る発明は、請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載のアンテナにおいて、前記関係が成立するように、前記サブコイルを構成する導体の内周側には磁性コアを設けることを特徴とする。
また、請求項7に係る発明は、請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載のアンテナにおいて、前記関係が成立するように、前記サブコイルを構成する導体の内周側には磁性コアを設けると共に、前記磁性コアの透磁率を調整することを特徴とする。
また、請求項8に係る発明は、請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載のアンテナにおいて、前記関係が成立するように、前記サブコイルを構成する導体の内周側には磁性コアを設けると共に、前記磁性コアの大きさ及び形状を調整することを特徴とする。
本発明に係るアンテナは、メインコイルと、複数のサブコイルと、を有し、メインコイルによる磁界を、複数のサブコイルによる磁界で補正するアンテナであり、このような本発明に係るアンテナによれば、車両底面にアンテナを装着した場合でも、アンテナ全体により発生する磁界には指向性があるので、電力伝送中にアンテナから漏洩し車両底部の金属体に進入する磁界を低減することが可能となり、車両底部を加熱させてしまうことがなく、加えて、システムの電力伝送効率を向上させることができる。
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。図1は本発明の実施形態に係るアンテナが用いられる電力伝送システムのブロック図である。なお、本発明に係るアンテナは、電力伝送システムを構成する受電側のアンテナと送電側のアンテナのいずれにも適用可能であるが、以下の実施形態においては受電側のアンテナに本発明のアンテナを適用した例につき説明する。
本発明のアンテナが用いられる電力伝送システムとしては、例えば、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)などの車両への充電のためのシステムが想定されている。電力伝送システムは、上記のような車両に対して電力を非接触で伝送するため、当該車両を停車させることが可能な停車スペースに設けられる。車両充電用のスペースである当該停車スペースには、送電アンテナ105などが地中部に埋設されるような構成となっている。車両のユーザーはこの電力伝送システムが設けられている停車スペースに車両を停車させて、車両に搭載されている受電アンテナ201と、前記送電アンテナ105とを対向させることによって電力伝送システムからの電力を受電する。車両を停車スペースに停車させる際には、車両搭載の受電アンテナ201が、送電アンテナ105に対して最も伝送効率が良い位置関係となるようにする。
電力伝送システムでは、電力伝送システム100側の送電アンテナ105から、受電側システム200側の受電アンテナ201へ効率的に電力を伝送する際、送電アンテナ105の共振周波数と、受電アンテナ201の共振周波数とを同一とすることで、送電側アンテナから受電側アンテナに対し、効率的にエネルギー伝達を行うようにする。
電力伝送システム100におけるAC/DC変換部101は、入力される商用電源を一定の直流に変換するコンバータである。このAC/DC変換部101からの出力は高電圧発生部102において、所定の電圧に昇圧されたりする。この電圧調整部102で生成される電圧の設定は主制御部110から制御可能となっている。
インバーター部103は、高電圧発生部102から供給される高電圧から所定の交流電圧を生成して、整合器104に入力する。図2は電力伝送システムのインバーター部を示す図である。インバーター部103は、例えば図2に示すように、フルブリッジ方式で接続されたQA乃至QDからなる4つの電界効果トランジスタ(FET)によって構成されている。
本実施形態においては、直列接続されたスイッチング素子QAとスイッチング素子QBの間の接続部T1と、直列接続されたスイッチング素子QCとスイッチング素子QDとの間の接続部T2との間に整合器104が接続される構成となっており、スイッチング素子QA
とスイッチング素子QDがオンのとき、スイッチング素子QBとスイッチング素子QCがオ
フとされ、スイッチング素子QBとスイッチング素子QCがオンのとき、スイッチング素子QAとスイッチング素子QDがオフとされることで、接続部T1と接続部T2との間に矩形波の交流電圧を発生させる。なお、本実施形態においては、各スイッチング素子のスイッチングによって生成される矩形波の周波数の範囲は20kHz〜数1000kHz程度である。
とスイッチング素子QDがオンのとき、スイッチング素子QBとスイッチング素子QCがオ
フとされ、スイッチング素子QBとスイッチング素子QCがオンのとき、スイッチング素子QAとスイッチング素子QDがオフとされることで、接続部T1と接続部T2との間に矩形波の交流電圧を発生させる。なお、本実施形態においては、各スイッチング素子のスイッチングによって生成される矩形波の周波数の範囲は20kHz〜数1000kHz程度である。
上記のようなインバーター部103を構成するスイッチング素子QA乃至QDに対する駆動信号は主制御部110から入力されるようになっている。また、インバーター部103を駆動させるための周波数は主制御部110から制御することができるようになっている。
整合器104は、所定の回路定数を有する受動素子から構成され、インバーター部103からの出力が入力される。そして、整合器104からの出力は送電アンテナ105に供給される。整合器104を構成する受動素子の回路定数は、主制御部110からの指令に基づいて調整することができるようになっている。主制御部110は、送電アンテナ105と受電アンテナ201とが共振するように整合器104に対する指令を行う。
送電アンテナ105は、誘導性リアクタンス成分を有するコイルから構成されており、対向するようにして配置される車両搭載の受電アンテナ201と共鳴することで、送電アンテナ105から出力される電気エネルギーを受電アンテナ201に送ることができるようになっている。
電力伝送システム100の主制御部110はCPUとCPU上で動作するプログラムを保持するROMとCPUのワークエリアであるRAMなどからなる汎用の情報処理部である。この主制御部110は、図示されている主制御部110と接続される各構成と協働するように動作する。
また、通信部120は車両側の通信部220と無線通信を行い、車両との間でデータの送受を可能にする構成である。通信部120によって受信したデータは主制御部110に転送され、また、主制御部110は所定情報を通信部120を介して車両側に送信することができるようになっている。
次に、車両側に設けられている構成について説明する。車両の受電側のシステムにおいて、受電アンテナ201は、送電アンテナ105と共鳴することによって、送電アンテナ105から出力される電気エネルギーを受電するものである。このような受電アンテナ201は、車両の底面部に取り付けられるようになっている。
受電アンテナ201で受電された交流電力は、整流部202において整流され、整流された電力は充電制御部203を通してバッテリー204に蓄電されるようになっている。充電制御部203は主制御部210からの指令に基づいてバッテリー204の蓄電を制御する。また、充電制御部203はバッテリー204の残量管理なども行い得るように構成される。
主制御部210はCPUとCPU上で動作するプログラムを保持するROMとCPUのワークエリアであるRAMなどからなる汎用の情報処理部である。この主制御部210は、図示されている主制御部210と接続される各構成と協働するように動作する。
インターフェイス部230は、車両の運転席部に設けられ、ユーザー(運転者)に対し所定の情報などを提供したり、或いは、ユーザーからの操作・入力を受け付けたりするも
のであり、表示装置、ボタン類、タッチパネル、スピーカーなどで構成されるものである。ユーザーによる所定の操作が実行されると、インターフェイス部230から操作データとして主制御部210に送られ処理される。また、ユーザーに所定の情報を提供する際には、主制御部210からインターフェイス部230に対して、所定情報を表示するための表示指示データが送信される。
のであり、表示装置、ボタン類、タッチパネル、スピーカーなどで構成されるものである。ユーザーによる所定の操作が実行されると、インターフェイス部230から操作データとして主制御部210に送られ処理される。また、ユーザーに所定の情報を提供する際には、主制御部210からインターフェイス部230に対して、所定情報を表示するための表示指示データが送信される。
また、車両側の通信部220は送電側の通信部120と無線通信を行い、送電側のシステムとの間でデータの送受を可能にする構成である。通信部220によって受信したデータは主制御部210に転送され、また、主制御部210は所定情報を通信部220を介して送電システム側に送信することができるようになっている。
電力伝送システムで、電力を受電しようとするユーザーは、上記のような送電側のシステムが設けられている停車スペースに車両を停車させ、インターフェイス部230から充電を実行する旨の入力を行う。これを受けた主制御部210は、充電制御部203からのバッテリー204の残量を取得し、バッテリー204の充電に必要な電力量を算出する。算出された電力量と送電を依頼する旨の情報は、車両側の通信部220から送電側のシステムの通信部120に送信される。これを受信した送電側システムの主制御部110は高電圧発生部102、インバーター部103、整合器104を制御することで、車両側に電力を伝送するようになっている。
次に、以上のように構成される電力伝送システム100で用いるアンテナの具体的な構成について説明する。以下、本発明のアンテナは、送電アンテナ105及び受電アンテナ201の双方に適用し得るものである。
なお、以下の実施形態では、アンテナを構成するコイルに係る構成について詳しく説明するが、磁気共鳴方式で電力伝送を行うアンテナは、コイルのインダクタンス成分のみならず、その浮游容量に基づくキャパシタンス成分、或いは意図的に追加したコンデンサに基づくキャパシタンス成分をも含むものである。
また、本発明に係るアンテナは、メインコイルMCと、複数のサブコイルSCからなるアンテナであり、メインコイルMCによる磁界を、複数のサブコイルSCによる磁界で補正することで、アンテナとしての指向性を持たせるようになっている。
まず、アンテナを構成するコイルを造形するために利用される基材300の構成について説明する。図3は本発明の実施形態に係るアンテナのコイルを造形するために利用される基材300を示す図である。なお、本実施形態においては、この基材300としては略円形であるものを例にとり説明するが、これに限定されるものではない。
基材300は、第1面301と、これと表裏の関係にある第2面302とを有する基板状の部材であり、例えばポリカーボネートやポリプロピレンなどの誘電正接が小さい材料を用いて構成することが好ましい。
この基材300は、略円形の平板部をなす基部310と、この基部310から放射状に延出する複数の突片とから構成されている。
これらの突片としては、メインコイル造形用突片320とサブコイル造形用突片330の2種類があり、基部310の周囲に、メインコイル造形用突片320とサブコイル造形用突片330とが交互に配列されるようになっている。なお、本実施形態においては、1個のメインコイル造形用突片320と、1個のサブコイル造形用突片330とが交互に、基部310周囲に配列される構成を例に説明しているが、このような例に限らず、例えば
、後述する図15のように、連続した任意の個数のメインコイル造形用突片320と、1個のサブコイル造形用突片330とが交互に、基部310周囲に配列される構成や、これとは逆に、1個のメインコイル造形用突片320と、連続した任意の個数のサブコイル造形用突片330とが交互に、基部310周囲に配列される構成や、更には、連続した任意の個数のメインコイル造形用突片320と、連続した任意の個数のサブコイル造形用突片330とが交互に、基部310周囲に配列される構成についても本発明の範疇に含まれるものである。
、後述する図15のように、連続した任意の個数のメインコイル造形用突片320と、1個のサブコイル造形用突片330とが交互に、基部310周囲に配列される構成や、これとは逆に、1個のメインコイル造形用突片320と、連続した任意の個数のサブコイル造形用突片330とが交互に、基部310周囲に配列される構成や、更には、連続した任意の個数のメインコイル造形用突片320と、連続した任意の個数のサブコイル造形用突片330とが交互に、基部310周囲に配列される構成についても本発明の範疇に含まれるものである。
メインコイル造形用突片320は、基部310から放射状に延出する方向と略平行な2つの側部322と、基材300の外縁に相当する縁部325とを有している。また、サブコイル造形用突片330も、基部310から放射状に延出する方向と略平行な2つの側部332と、基材300の外縁に相当する縁部335とを有している。
メインコイル造形用突片320は、第1面301又は第2面302のいずれか一方側に導体線400が通され、導体線400を係止するために利用される。これにより、導体線400でメインコイルMCの形状が維持される。サブコイル造形用突片330は、導体線400を巻回するために利用され、これにより導体線400でサブコイルSCの形状が維持される。また、サブコイル造形用突片330で巻回された導体線400の一部や、サブコイル造形用突片330で係止される導体線400は、メインコイルMCとしても機能する。
以上のような、基材300を利用して、導体線400で形成されるメインコイルMCと、サブコイルSCの概要について説明する。図4は基材300に形成されるメインコイルMCの概要を模式的に示す図であり、図5は基材300に形成されるサブコイルSCの概要を模式的に示す図である。
図4及び図5において、平面Pは、基材300の第1面301を含む面であり、第1軸
は平面Pの法線である。また、第2軸は平面P内に含まれる軸である。
は平面Pの法線である。また、第2軸は平面P内に含まれる軸である。
メインコイルMCは、第1軸を中心として、これを周回する導体で形成されるものとして定義することができる。
図4の例では、メインコイルMCは、第1軸を中心として平面P内で渦巻き状をなす導
体により構成されているが、メインコイルMCは、第1軸を中心として、これを周回する導体により形成されればどのようなものであってもよい。例えば、メインコイルMCは、第1軸を中心として巻回されるソレノイド状のコイルであっても構わない。また、メインコイルMCの導電部としては、導体線ではなく、基材300に印刷した導体を用いることなども可能である。
体により構成されているが、メインコイルMCは、第1軸を中心として、これを周回する導体により形成されればどのようなものであってもよい。例えば、メインコイルMCは、第1軸を中心として巻回されるソレノイド状のコイルであっても構わない。また、メインコイルMCの導電部としては、導体線ではなく、基材300に印刷した導体を用いることなども可能である。
上記のように構成されるメインコイルMCは、ある瞬間tに流れる電流Iによって、図
4に示すような向きの磁界Hmが形成される。
4に示すような向きの磁界Hmが形成される。
一方、サブコイルSCは、第2軸を中心として、これを周回する導体で形成されるものとして定義することができる。
図5では、サブコイルSCは、第2軸を中心としたソレノイド状のコイルにより形成される例を示しているが、サブコイルSCは、第2軸を中心として、これを周回する導体により形成されればどのようなものであってもよい。
本実施形態に係るアンテナにおいては、上記のようなサブコイルSCとして、8個設け
られるようになっているが、設けるサブコイルSC数に特に制限があるわけではない。
られるようになっているが、設けるサブコイルSC数に特に制限があるわけではない。
図面の最も右にあるサブコイルSCについては、ある瞬間tに流れる電流Iによって形
成される磁界Hsが図示してある。他のサブコイルSCについても、このサブコイルSCと同じように、第1軸から離れる方向に向いた磁界Hsが形成される。なお、いずれのサブコイルSCの磁界Hsのスカラー量は共通である。
成される磁界Hsが図示してある。他のサブコイルSCについても、このサブコイルSCと同じように、第1軸から離れる方向に向いた磁界Hsが形成される。なお、いずれのサブコイルSCの磁界Hsのスカラー量は共通である。
本実施形態に係るアンテナにおいては、ある瞬間tに流れる電流Iによって形成される
磁界は、1つのメインコイルMCにより形成される磁界Hmと、8つのサブコイルSCにより形成される磁界Hsの合成により形成された合成磁界が発生する。
磁界は、1つのメインコイルMCにより形成される磁界Hmと、8つのサブコイルSCにより形成される磁界Hsの合成により形成された合成磁界が発生する。
このような合成磁界においては、平面Pの上面側では磁界Hmと磁界Hsとが相殺し、平面Pの上面側では磁界Hmと磁界Hsとが強め合うこととなるので、アンテナ全体により発生する磁界は、平面Pの下面側に広がる磁界となり、指向性が付与されたものとなる。
このような本発明に係るアンテナを、送電アンテナ105と受電アンテナ201に適用すると、車両に搭載される側において、電力伝送中にアンテナから漏洩し車両底部の金属体に進入する磁界を低減することが可能となり、車両底部を加熱させてしまうことがなく、加えて、システムの電力伝送効率を向上させることができる。
次に、以上のように定義されるメインコイルMC、サブコイルSCを、基材300で造形する際の導体線400の巻回パターンの1例について図6を参照して説明する。
本実施形態においては、サブコイル造形用突片330に、透磁率と比抵抗が高いフェライト材料などの強磁性体材料からなる磁性コア350を取り付けた上で、図6に示すパターンで導体線400を巻回していく。導体線400としては、複数の導体素線を集合させた撚り線を用いている。
図6において、導体線400に示された矢印は、巻回する際の順序を示している。例えば、図中(a)から、導体線400を巻回し始めたとすると、まず、(a)から(b)にかけては、メインコイル造形用突片320の第1面301側において、導体線400を係止させる。
続いて、(b)から(c)の区間においては、導体線400は、サブコイル造形用突片330の第2面→サブコイル造形用突片330の第1面→サブコイル造形用突片330の第2面のように、サブコイル造形用突片330の周囲に略1周半分にわたって巻回される。
サブコイル造形用突片330で上記のように巻回されるコイルは、全体としてサブコイルSCとしての磁界を形成すると共に、サブコイル造形用突片330の第2面側に巻回されている導体線400分は、メインコイルMCとしての磁界も形成することとなる。
以上のような巻回パターンにより、(c)→(d)→(e)→・・・と順次巻回する。基材300の全ての突片に対して基材300の周囲1周分、上記のよう巻回パターンでの巻回を行い、再び(a)に戻ったときには、突片が基部310から延出する方向に、ずらして、巻回を進めていく。
上記のようにして、基材300の周囲に略5周分の巻回を行ったものが、図7である。図7は本発明の実施形態に係るアンテナを示す図である。なお、基材300の周囲に巻回
する巻回数はこれに限定されるものではない。
する巻回数はこれに限定されるものではない。
以上のような本発明に係るアンテナは、メインコイルMCと、複数のサブコイルSCと、を有するアンテナであり、メインコイルMCによる磁界を、複数のサブコイルSCによる磁界で補正する。このような本発明に係るアンテナによれば、車両底面にアンテナを装着した場合でも、アンテナ全体により発生する磁界には指向性があるので、電力伝送中にアンテナから漏洩し車両底部の金属体に進入する磁界を低減することが可能となり、車両底部を加熱させてしまうことがなく、加えて、システムの電力伝送効率を向上させることができる。
ここで、本発明に係るアンテナにおいて、メインコイルMCの寄与によって形成されるインダクタンスLmと、複数のサブコイルSC(図の例では8個のサブコイルSC)の全ての寄与によって形成されるインダクタンスLsとの間には、Ls≦Lm≦2.5Lsの関係を持たせることが好ましい。
これは、本発明に係るアンテナを車両の底部に搭載し、送電アンテナ105と受電アンテナ201とを、実用範囲で向き合わせたときに、所定以上の電力伝送効率が得られるインダクタンスLmとインダクタンスLsとの関係である。
上記のような関係を成立させるためには、第1の方法としては、メインコイルMCを構成する周回する導体線400の配置を調整することを挙げることができる。図7に示す巻回パターンで説明すると、基材300の略中心Oと、導体線400との間の距離(図7におけるr)を種々調整することでインダクタンスLmを変更し、前記関係を満たすようにする。
また、第2の方法としては、サブコイルSCを構成する周回する導体線400の配置を調整することを挙げることができる。より具体的には、サブコイル造形用突片330の形状・大きさを種々調整することで、サブコイル造形用突片330での導体線400の巻回形状を変えインダクタンスLsを変更し、前記関係を満たすようにする。
また、第3の方法としては、メインコイルMCの周回数及びサブコイルSCの周回数を調整することで、前記関係を満たすようにすることを挙げることができる。
さらに、第4の方法としては、メインコイルMC又はサブコイルSCのいずれかの周回数を調整することで、前記関係を満たすようにすることを挙げることができる。
図6に示す巻回パターンで、サブコイルSCの周回数を調整する方法を説明する。例えば、図6に示す巻回パターンにおいて、(b)から(c)の区間においては、導体線400をサブコイル造形用突片330に巻回する際に、導体線400を略1周半分巻回するようにしていたが、例えば、サブコイルSCのインダクタンスLsを増加させようとする場合、サブコイル造形用突片330に巻回する導体線400を略2周半分とすることで、サブコイルSCのインダクタンスLsを調整することができる。
また、第5の方法としては、サブコイルSCを構成する導体の内周側に、磁性コア350を設けたり、或いは、これを省いたりすることでインダクタンスLsを変更し、前記関係を満たすようにすることを挙げることができる。
さらに、第6の方法としては、サブコイルSCを構成する導体の内周側には磁性コア350を設けると共に、この磁性コア350の透磁率を調整したり、磁性コア350の大きさ及び形状を調整したりすることでインダクタンスLsを変更し、前記関係を満たすよう
にすることを挙げることができる。
にすることを挙げることができる。
次に、メインコイル造形用突片320を設けるメリットについて説明する。図8はメインコイル造形用突片320を設ける意義を説明する図である。図8(A)はメインコイル造形用突片320が設けられている本発明に係るアンテナの巻回パターンを説明する図であり、図8(B)はメインコイル造形用突片320が設けられていない比較例に係るアンテナの巻回パターンを説明する図である。
また、図8(C)は基材300における各部の定義を説明する図である。基材300の略中心Oと、メインコイル造形用突片320(又はサブコイル造形用突片330)の縁部335の中間点とを通る線に対する垂線が、メインコイル造形用突片320(又はサブコイル造形用突片330)を横切る長さを、突片の「幅」として定義する。
また、基材300の略中心Oと、メインコイル造形用突片320(又はサブコイル造形用突片330)の縁部335の中間点とを通る線が、基部310の端部から縁部335まで通る距離を、突片の「長さ」として定義する。
図8(A)と図8(B)とを比較するとわかるように、メインコイル造形用突片320が設けられている本発明に係るアンテナにおいては、導体線400は、基材300の略中心Oを中心とした円により近い形状となる。これにより、メインコイル造形用突片320が設けられている場合には、メインコイルMCの寄与により発生するインダクタンスLmをより増大させることが可能となる。
また、本実施形態においては、図8(C)に示すように、メインコイル造形用突片320及びサブコイル造形用突片330の幅は、基材300の外周縁に近いほど広くなるように構成することが好ましい。このように構成することで、基材300の主面に対して垂直な方向以外に放射される磁界の成分をより低減することが可能となると共に、導体線400が、基材300の略中心Oの方向へよる力が発生するためアンテナの振動強度を増大させることができる。
次に、本発明の他の実施形態について説明する。図9は本発明の他の実施形態に係るアンテナを示す図である。
これまで、説明した実施形態においては、磁性コア350は、サブコイル造形用突片330の長さ以下であったが、本実施形態においては、磁性コア350の長さがサブコイル造形用突片330の長さより長く設定されると共に、基材300の基部310側に延在するようにしてサブコイル造形用突片330に取り付けられることを特徴としている。基材300の基部310側に延在した磁性コア350の部分は、図9においてPとして示されている部分である。
このような磁性コア350の長さ、配置によれば、基材300の中央に近い部分における磁界の漏れを低減することで、アンテナの指向性をより高めることが可能となる。
また、図10は本発明の他の実施形態に係るアンテナを示す図である。図10に示す実施形態においては、磁性コア350の長さがサブコイル造形用突片330の長さより長く設定されると共に、サブコイル造形用突片330の縁部335から延在するようにしてサブコイル造形用突片330に取り付けられることを特徴としている。サブコイル造形用突片330の縁部335から延在した磁性コア350の部分は、図10においてQとして示されている部分である。
このような磁性コア350の長さ、配置によれば、基材300の外周縁に近い部分における磁界の漏れを低減することで、アンテナの指向性をより高めることが可能となる。
なお、図9に示す実施形態と図10に示す実施形態を組み合わせた実施形態によっても、上記のようなアンテナの指向性を高める効果をよりいっそう期待することができる。
また、本発明に係るアンテナにおいては、磁性コア350をそれぞれの独立した別体のものとして複数用意して、個別の磁性コア350を、それぞれのサブコイル造形用突片330に取り付けることがよく、基材300の中心部で連結されたような一体側の磁性コアを用いることは好ましくない。
次に、本発明の他の実施形態について説明する。図11は本発明の他の実施形態に係るアンテナを示す図であり、図11(A)は他の実施形態アンテナのメインコイルMCを構成する部分を、また、図11(B)は他の実施形態のアンテナのサブコイルSCを構成する部分をそれぞれ示している。本実施形態に係るアンテナは、図11(A)と図11(B)とを重ね合わせたものである。
また、図12は、本発明の他の実施形態に係るアンテナの等価回路を示す図である。図12において、LmはメインコイルMCによって形成されるインダクタンスであり、Lsはそれぞれ個別のサブコイルSCによって形成されるインダクタンスである。
これまで説明した実施形態においては、1つ基材300を用いて、図6に示す巻回パタ
ーンによって、アンテナのメインコイルMCと、サブコイルSCと同時的に形成していた。
ーンによって、アンテナのメインコイルMCと、サブコイルSCと同時的に形成していた。
これに対して、図11及び図12に示す実施形態では、2つ基材300を用いて、それぞれの基材300に、メインコイルMCと、サブコイルSCとを独立的に形成している。
図11(A)において、導体線400は、メインコイル造形用突片320及びサブコイル造形用突片330に係止されながら、渦巻き状に巻回されることで、まさに図4の模式図に示すメインコイルMCが形成されることとなる。
一方、サブコイルSCの形成には、サブコイル造形用突片330のみが利用される。本実施形態では、図11(B)に示すように、磁性コア350が取り付けられたサブコイル造形用突片330に、導体線400を巻き付けて、各サブコイル造形用突片330でそれぞれ独立したサブコイルSCを形成する。これらのサブコイルSCは、模式的には図5に示されるものと同等である。また、これらのサブコイルSCは、図12に示すように直列に接続される。
さらに、図12に示すように、サブコイルSCの直列接続は、メインコイルMCとも直列接続される。なお、図12に示すように各コイルを接続する際には、図4及び図5で説明したような磁界が発生するように、これを行う。さらに、図11(A)のメインコイルMCと図11(B)のサブコイルSCとを、それぞれ重ね合わせて近接させることで、他の実施形態に係るアンテナが構成される。このような他の実施形態に係るアンテナによっても、これまで説明した実施形態と同様の効果を享受することができる。
次に、本発明の他の実施形態について説明する。図13は本発明の他の実施形態に係るアンテナのコイルを造形するために利用される基材300を示す図である。図13において、先の実施形態と同様の参照番号が付されている構成については、同様のものであるので説明を省略する。
他の実施形態に係るアンテナが、最初に説明した実施形態に係るアンテナと異なる第1の点は、最初に説明した実施形態に係るアンテナにおいては、基材300の周囲に、メインコイル造形用突片320とサブコイル造形用突片330とが交互に配列されているのに対して、他の実施形態に係るアンテナにおいては、基材300の周囲に、連続した複数個のメインコイル造形用突片320と1個のサブコイル造形用突片330とが交互に配列されることである。
特に、他の実施形態に係るアンテナにおいては、基材300の周囲に、連続して配列されるメインコイル造形用突片320の数が、奇数個であることが望ましい。図13に示す実施形態においては、連続して配列されるメインコイル造形用突片320の数は3個である。
上記のように、基材300の周囲に連続して配列されるメインコイル造形用突片320の数を奇数個としておくと、図15に示すように導体線400を巻回する際に、導体線400が第1面301から第2面302へ、また、第2面302から第1面301へと、渡されるパターンが、基材300の周囲全周にわたり一様となるため、アンテナの製造効率が向上する。
また、他の実施形態に係るアンテナが、最初に説明した実施形態に係るアンテナと異なる第2の点は、第2基材500が用いられる点である。図14は本発明の他の実施形態に係るアンテナにおける第2基材500の取り付けを説明する図である。
基材300同様、第2基材500は、第1面501と、これと表裏の関係にある第2面502とを有する基板状の部材であり、例えばポリカーボネートやポリプロピレンなどの誘電正接が小さい材料を用いて構成することが好ましい。
この第2基材500は、略中央の平板部をなす基部510と、この基部510から放射状に延出する複数のサブコイル造形用突片530とから構成されている。第2基材500のサブコイル造形用突片530は、基材300のサブコイル造形用突片330とで磁性コア350を挟持するため、及び、導体線400を巻回するために利用される。
図14に示すように、基材300のサブコイル造形用突片330には、透磁率と比抵抗が高いフェライト材料などの強磁性体材料からなる磁性コア350を取り付けた上で、さらに、第2基材500を磁性コア350の上に取り付けて、基材300のサブコイル造形用突片330と第2基材500のサブコイル造形用突片530とで、磁性コア350を挟持させる。
さらに、他の実施形態に係るアンテナにおいては、基材300のサブコイル造形用突片330と第2基材500のサブコイル造形用突片530の外周囲に導体線400が巻回されることで、サブコイルSCの形状が維持される。これにより、造形されるサブコイルSCを構成する導体線400と、第2軸との間の距離は、基材300のみを使う場合に比べて増加し、その結果インダクタンス成分も増加することとなる。
次に、他の実施形態に係るアンテナにおいて、メインコイルMC、サブコイルSCを、基材300及び第2基材500で造形する際の導体線400の巻回パターンの1例について図15を参照して説明する。
図15において、導体線400に示された矢印は、巻回する際の順序を示している。例えば、図中(a)から、導体線400を巻回し始めたとすると、まず、(a)から(b)
にかけては、メインコイル造形用突片320の第1面301側において、導体線400を係止させる。
にかけては、メインコイル造形用突片320の第1面301側において、導体線400を係止させる。
続いて、(b)から(c)の区間においては、導体線400は、基材300のサブコイル造形用突片330の第2面→第2基材500のサブコイル造形用突片530の第1面→基材300のサブコイル造形用突片330の第2面のように、基材300のサブコイル造形用突片330及び第2基材500のサブコイル造形用突片530の周囲に略1周半分にわたって巻回される。
サブコイル造形用突片330で上記のように巻回されるコイルは、全体としてサブコイルSCとしての磁界を形成すると共に、サブコイル造形用突片330の第2面側に巻回されている導体線400分は、メインコイルMCとしての磁界も形成することとなる。
続いて、(c)から(d)にかけては、メインコイル造形用突片320の第1面301側において、導体線400を係止させる。
続く、(d)から(e)にかけては、メインコイル造形用突片320の第2面302側において、導体線400を係止させる。
続く、(e)から(f)にかけては、メインコイル造形用突片320の第1面301側において、導体線400を係止させる。
以上のような巻回パターンにより、さらに(g)→(h)→(i)→・・・と順次巻回する。基材300、第2基材500の全ての突片に対して基材300の周囲1周分、上記のよう巻回パターンでの巻回を行い、再び(a)に戻ったときには、突片が基部310から延出する方向に、ずらして、巻回を進めていく。
以上のように構成される他の実施形態に係るアンテナにおいても、これまでに説明したアンテナと同様の効果を享受することが可能であると共に、磁性コア350が2つの突片に挟持されるので製造性がよく、さらに、基材300のみを利用する場合に比べ、インダクタンス成分を増加させることも可能となる。
以上、本発明に係るアンテナは、メインコイルMCと、複数のサブコイルSCと、を有し、メインコイルMCによる磁界を、複数のサブコイルSCによる磁界で補正するアンテナであり、このような本発明に係るアンテナによれば、車両底面にアンテナを装着した場合でも、アンテナ全体により発生する磁界には指向性があるので、電力伝送中にアンテナから漏洩し車両底部の金属体に進入する磁界を低減することが可能となり、車両底部を加熱させてしまうことがなく、加えて、システムの電力伝送効率を向上させることができる。
100・・・電力伝送システム
101・・・AC/DC変換部
102・・・電圧調整部
103・・・インバーター部
104・・・整合器
105・・・送電アンテナ
110・・・主制御部
120・・・通信部
201・・・受電アンテナ
202・・・整流部
203・・・充電制御部
204・・・バッテリー
210・・・主制御部
220・・・通信部
230・・・インターフェイス部
300・・・基材
301・・・第1面
302・・・第2面
310・・・基部
320・・・メインコイル造形用突片
322・・・側部
325・・・縁部
330・・・サブコイル造形用突片
332・・・側部
335・・・縁部
350・・・磁性コア
400・・・導体線
500・・・第2基材
501・・・第1面
502・・・第2面
510・・・基部
530・・・サブコイル造形用突片
101・・・AC/DC変換部
102・・・電圧調整部
103・・・インバーター部
104・・・整合器
105・・・送電アンテナ
110・・・主制御部
120・・・通信部
201・・・受電アンテナ
202・・・整流部
203・・・充電制御部
204・・・バッテリー
210・・・主制御部
220・・・通信部
230・・・インターフェイス部
300・・・基材
301・・・第1面
302・・・第2面
310・・・基部
320・・・メインコイル造形用突片
322・・・側部
325・・・縁部
330・・・サブコイル造形用突片
332・・・側部
335・・・縁部
350・・・磁性コア
400・・・導体線
500・・・第2基材
501・・・第1面
502・・・第2面
510・・・基部
530・・・サブコイル造形用突片
Claims (8)
- 第1軸を中心として周回する導体よりなるメインコイルと、
前記第1軸を法線とする平面内に含まれる複数の第2軸を中心として周回する導体よりなる複数のサブコイルと、を有するアンテナであって、
前記メインコイルのインダクタンスLmと、前記複数のサブコイルの全てのインダクタンスLsとの間に、Ls≦Lm≦2.5Lsの関係を有することを特徴とするアンテナ。 - 前記関係が成立するように、前記メインコイルを構成する周回する導体の配置を調整することを特徴とする請求項1に記載のアンテナ。
- 前記関係が成立するように、前記サブコイルを構成する周回する導体の配置を調整することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のアンテナ。
- 前記関係が成立するように、前記メインコイルの周回数及び前記サブコイルの周回数を調整することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載のアンテナ。
- 前記関係が成立するように、前記メインコイル又は前記サブコイルのいずれかの周回数を調整することを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載のアンテナ。
- 前記関係が成立するように、前記サブコイルを構成する導体の内周側には磁性コアを設けることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載のアンテナ。
- 前記関係が成立するように、前記サブコイルを構成する導体の内周側には磁性コアを設けると共に、前記磁性コアの透磁率を調整することを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載のアンテナ。
- 前記関係が成立するように、前記サブコイルを構成する導体の内周側には磁性コアを設けると共に、前記磁性コアの大きさ及び形状を調整することを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載のアンテナ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012129693A JP2013254851A (ja) | 2012-06-07 | 2012-06-07 | アンテナ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012129693A JP2013254851A (ja) | 2012-06-07 | 2012-06-07 | アンテナ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013254851A true JP2013254851A (ja) | 2013-12-19 |
Family
ID=49952132
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012129693A Withdrawn JP2013254851A (ja) | 2012-06-07 | 2012-06-07 | アンテナ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2013254851A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015186426A (ja) * | 2014-03-26 | 2015-10-22 | 株式会社エクォス・リサーチ | 受電システム |
-
2012
- 2012-06-07 JP JP2012129693A patent/JP2013254851A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015186426A (ja) * | 2014-03-26 | 2015-10-22 | 株式会社エクォス・リサーチ | 受電システム |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5988210B2 (ja) | 電力伝送システム | |
JP5988211B2 (ja) | 電力伝送システム | |
JP5924496B2 (ja) | 電力伝送システム | |
JP5592242B2 (ja) | 受電装置、送電装置、及び無線電力伝送システム | |
JP5915857B2 (ja) | アンテナ | |
JPWO2013099221A1 (ja) | 非接触充電装置 | |
JP2013255349A (ja) | アンテナ | |
JP2014197757A (ja) | アンテナコイル | |
JP2013254852A (ja) | アンテナ | |
JP5930182B2 (ja) | アンテナ | |
JP2014093322A (ja) | 電力伝送システム | |
JP2013254851A (ja) | アンテナ | |
JP2014197586A (ja) | アンテナ | |
JP2014197927A (ja) | アンテナ | |
JP6040510B2 (ja) | 電力伝送システム | |
JP6216966B2 (ja) | 電力伝送システム | |
JP2013255348A (ja) | アンテナ | |
JP6085817B2 (ja) | 電力伝送システム | |
JP2014197585A (ja) | アンテナ | |
JP2014197934A (ja) | アンテナ | |
JP2014093797A (ja) | 電力伝送システム | |
JP2014093320A (ja) | 電力伝送システム | |
JP2013074683A (ja) | アンテナ | |
JP2013157944A (ja) | アンテナ | |
JP2014093321A (ja) | 電力伝送システム |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150526 |
|
A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20160412 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20160422 |